无机精细化工1-8重难点-东北林业大学.doc

绪论精细化学品的定义：对基本化学工业生产的初级或次级化学品进行深加工而制取的具有特定功能、特定用途、小批量、多品种、附加值高、技术密集的一类化工产品。无机精细化学品定义：精细化工中的无机精细化学品。精细化工产品的分类-分类原则：产品功能无机精细化工的发展趋势和重点 1.不是集中合成更多的新的无机化合物，而是更加注意高新技术的应用赋予产品新的功能。 2.发掘潜在的特殊功能。第1章 纳米材料纳米材料是指尺度为纳米量级（1100nm）的超微粒经压制、烧结或溅射而成的凝聚态固体。纳米材料可分为两个层次：一是纳米微粒；二是纳米固体。纳米微粒的基本概念及性能（1）尺寸效应（2）界面与表面效应（3）量子尺寸效应（4）宏观量子隧道效应富勒烯的结构及应用前景： C60是一个由12个五元环和20个六元环组成的球形32面体 碳纳米管也是典型的富勒烯纳米材料的应用1. 化学反应与催化2. 化工与轻工3. 纳米陶瓷（纳米生物材料）第2章 单分散颗粒的制备2.1 沉淀的形成沉淀按其物理性质不同，可粗略分成两类：晶形沉淀和无定形沉淀 ( 又称非晶形沉淀或胶状沉淀 ) 。晶形沉淀如：BaSO4 ，MgNH4PO4 ， CaC2O4 2H2O ， PbSO4 其颗粒直径约 0.1 1 m 。 非晶形沉淀： Fe2O3 nH2O ， ZnS ，Al2O3 nH2OAl(OH)3 其颗粒直径一般 d0.02 m ，如 AgCl 。沉淀形成过程大致表示如下2.3 抑制凝聚的方法1. 利用电双层2. .利用凝胶网络3. 利用防护试剂2.4胶粒生长的动力学模型胶粒的生长是单体向其表面扩散和单体在表面发生反应的结果。2.5 单体的储备1. 单体储备的基本原则-:单体的储备物必不可少，单体的储备应以单个体系进行2.6典型的单分散体系单分散体系分类：均相体系和多相体系均相体系：由一相组成，单体储备物主要以溶质的形式构成。最终产物沉淀直接地从均相溶液中发生。如氧化还原反应；多相体系：多于一相组成，单体被储备在一相或每一相中，最终产物沉淀是发生在这些相中的一相里。如通过水溶液介质的相反应；第3章 界面化学与表面活性剂基础知识3.1界面化学概述界面化学：是一门既古老又年轻的科学，它是研究界面的物理化学规律及体相与表相的相互影响关系的一门学科。界面热力学的奠基人吉布斯（Gibbs）界面现象有着广泛的应用。主要有：吸附、催化作用、表面膜、新相生成 、泡沫乳状液、润湿作用3.2 界面现象与吸附3.2.1表面张力与表面能 1.表面和界面(surface and interface)在一个非均匀的体系中,至少存在着两个性质不同的相。两相共存必然有界面。可见，界面是体系不均匀性的结果。一般指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。1表面和界面(surface and interface)2. 表面张力与表面自由能处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力不能相互抵销，因此，界面层分子由于其处在一不均匀对称的力场会显示出一些独特的性质。3. 界面现象的本质表面分子受到被拉入体相的作用力。这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。开尔文公式的应用1）过饱和蒸汽2）过热液体3.2.3 润湿作用1.润湿过程：（1）沾湿:指液体与固体从不接触到接触，变液-气界面和固-气界面为固-液界面的过程。（2）浸湿：指固-气界面为固-液界面代替的过程。（3）铺展：指以固-液界面代替固-气界面的同时还扩展液-气界面；判断润湿过程的方向，必须借助于接触角的测量。通过接触角与有关界面能的关系。3.2.4 固体表面的吸附作用1.吸附作用与吸附热（1）吸附作用：是界面现象，分物理吸附与化学吸附（2）吸附热：气体分子的等温吸附过程，一般是放热过程（少数例外）。溶质吸附可能是放热也可能是吸热。2.吸附等温方程式3.3 表面活性剂概述表面活性剂(surfactant)是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。3.3.3表面活性剂的分类阴离子表面活性剂阳离子表面活性剂：季铵化物-新洁尔灭-杀菌两性离子表面活性剂：卵磷脂，氨基酸型非离子表面活性剂3.4 表面活性剂的在界面上的吸附3.4.1 溶液表面的吸附物质在界面上富集的现象叫做吸附。固体表面的吸附：非极性固体表面单层吸附，极性固体表面可发生多层吸附3.4.5 LB技术和LB膜在适当的条件下，将不溶性单分子或多分子膜转移到固体基质上并保持其定向排列的分子结构，称为LB技术，所形成的单分子或多分子层膜称为LB膜。Langmuir 膜因Langmuir提出的有关气液界面的吸附理论奠定了单分子层的理论基础，现在称气液界面上的单分子层为Langmuir 膜将气液界面上的单分子层转移到固体基片上的技术就被命名为-LB技术y型沉积 (基片头尾尾头 )z型沉积 (基片头尾头尾 )x型沉积 (基片尾头尾头 )LB膜的缺陷：热稳定性差；机械强度较低，为分子间力；寿命较短，膜结构易随时间变化； 等问题使得LB膜器件的商业化有一定难度，但随着人类对其研究的进展，这仅仅是一个时间问题。3.6 胶束理论3.6.1 胶束(micelle)与临界胶束浓度( CMC)随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状。临界胶束浓度：表面活性剂溶液开始大量形成胶束的浓度2-8 临界胶束浓度的测定及其影响因素1、测定方法2、影响因素（1）表面张力法（1）结构影响（2）电导法 （2）憎水基链长相同，组成不同时（3）染料法（4）浊度法影响粉体性能的基本因素粉末材料的化学成分粉末材料的晶体结构粉末材料的形貌特征 粒径 粒径分布 形状粉末材料的表面性质（表面能 表面张力 表面化学， 表面官能团 表面酸碱性）第4章 溶胶凝胶法的基本概念胶体（colloid）是一种分散相粒径很小的分散体系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之间的相互作用主要是短程作用力。溶胶（Sol）将一种或几种盐均匀分散在一种溶剂中，使它们成为透明状的胶体，是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在11000nm之间。凝胶（Gel）将溶胶在一定条件下（温度、酸碱度等）进行老化处理，得到透明状的冻状物。是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在13之间。溶胶-凝胶（SolGel）可精确控制各组分的含量，使不同组分之间实现分子原子水平上的均匀混合，而且整个过程简单，工艺条件容易控制。溶胶无固定形状固相粒子自由运动凝胶固定形状固相粒子按一定网架结构固定不能自由移动溶胶（Sol）是由孤立的细小粒子或大分子组成，分散在溶液中的胶体体系。 当液相为水时称为水溶胶（Hydrosol）;当为醇时称为醇溶胶（alcosol）。凝胶（Gel）是一种由细小粒子聚集而成三维网状结构的具有固态特征的胶态体系，凝胶中渗有连续的分散相介质。 按分散相介质不同可分为水凝胶（Hydrogel）、醇凝胶（alcogel）和气凝胶（aerogel）。 凝胶形成机理通常须经过三个必要的过程：a) .单体聚合成初次粒子；b).粒子长大；c).粒子交联成链状且形成三维网状结构。溶胶凝胶法常用测试方法测定前驱物金属醇盐的水解程度（化学定量分析法）测定溶胶的物理性质（粘度、浊度、电动电位）胶粒尺寸大小（准弹性光散射法、电子显微镜观察）溶胶或凝胶在热处理过程中发生的物理化学变化（XRD、中子衍射、DTATG）反应中官能团及键性质的变化（红外分光光度计、拉曼光谱仪）溶胶、凝胶粒子中的结构（GCMS）固态物体的核磁共振谱测定MO结构状态溶胶凝胶法的应用前驱体溶胶纳米颗粒纤维湿凝胶涂层、薄膜气凝胶多孔材料干凝胶致密块体第五章 无机材料仿生合成技术巧妙选择合适的表面活性剂和溶剂,使其组装成胶束、微乳、液晶和囊泡等作为无机物沉积的模板,是仿生合成的关键。第6章 微乳技术在无机纳米材料制备上的应用乳状液的定义及其性质微乳液：是一个非均相体系，其中至少有一种液体以液珠的形式分散在另一种液体中，液珠直径一般大于0.1mm。此种体系皆有一个最低的稳定度，并因有表面活性剂或固体粉末的存在而大大增加乳状液定义的总结：是多相体系，至少存在两个相；至少有两个液相；这两个液相必须不互溶；至少有一相分散于另一相中；规定了液珠的大小；热力学不稳定体系，通过加入第三组份可增加其稳定性。乳状液的类型分散相和分散介质均为液体，但互不相溶或溶解度极小。“油在水中”，水包油型 （O/W）“水在油中”，油包水型 （W/O）类型鉴定方法染色法：加入油溶性或水溶性染料，显微观察稀释法：易被分散介质所稀释电导法：O/W型比W/O型大得多乳状液的制备 混合方式机械搅拌、胶体磨、超声波乳化器、均化器。影响分散度的因素（1）看ppt1.2页微乳液基本原理定义：微乳液是由两种互不相溶液体在表面活性剂的作用下形成的热力学稳定的、各向同性、外观透明或半透明的液体分散体系，分散相直径约为1-100nm。微乳液体系组成：水溶液 有机溶剂：C6-C8直链烃或环烷烃 表面活性剂：阴离子(AOT)，阳离子(CTAB) 非离子(Triton X) 作用：(1) 增加表面活性，降低油水界面张力 (2) 阻止液滴聚集，提高稳定性 助表面活性剂：脂肪醇，胺 作用： （1）降低界面张力； 2）增加界面膜的流动性 （3）调整表面活性剂HLB值。影响微乳法制备无机纳米材料的因素 影响因素 表面活性剂性质的影响 水/表面活性剂摩尔比的影响 反应温度和时间的影响看ppt3,4,5页第7章 外场作用下的无机合成技术超声波在纳米材料制备中的应用强化传质，实现微观和介观均匀混合，避免二次成核，控制晶体生长提高反应速度，刺激新相形成破坏团聚体形成微波加热反应原理微波烧结基于材料本身介质损耗而发热微波电磁场与材料相互作用，材料吸收微波后升温微波有较强的渗透能力，能深入物质内部，表里一致，均匀加热采用微波加热易于自动控制与节能电场作用无电场时，离子簇受热运动的影响聚集速度各方向相等，得到球形颗粒；在电场中，离子簇受到热运动和定向的运动，聚集速度在各方向不同，沿电场方向聚集速度高，导致定向生长。第8章 粉体的制备与合成粉体的制备方法一般可分为粉碎法和合成法两种。 粉体(Powder)，就是大量固体粒子的集合系。它表示物质的一种存在状态，既不同于气体、液体，也不完全同于固体。体颗粒指在物质的结构不发生改变的情况下，分散或细化得到的固态基 本颗粒。一次颗粒指没有堆积、絮联等结构的最小单元的颗粒。二次颗粒指存在有在一定程度上团聚了的颗粒。团聚一次颗粒之间由于各种力的作用而聚集在一起称为二次颗粒的现象。团聚的原因：（1）分子间的范德华引力；（2）颗粒间的静电引力；（3）吸附水分产生的毛细管力；（4）颗粒间的磁引力；（5）颗粒表面不平滑引起的机械纠缠力。节3机械法制备粉体 2.3.1 机械冲击式粉碎（破碎）1、 鄂式破碎机 2、 圆锥破碎机3、 锤式破碎机4、 反击式破碎机5、 轮碾机2.3.2 球磨粉碎2.3.3 行星式研磨2.3.5 行星式振动粉碎2.3.6 雷蒙磨2.3.7 气流粉碎2.3.8 搅拌磨粉碎2.3.9 胶体磨粉碎2.3.10 高能球磨粉碎2.3.11 助磨剂粉碎原理：助磨剂通常是一种表面活性剂，它由亲水基团（如羧基COOH，羟基OH）和憎水的非极性基团（如烃链）组成。在粉碎过程中，助磨剂的亲水集团易紧密地吸附在颗粒表面，憎水集团则一致排列向外，从而使粉体颗粒的表面能降低。而助磨剂进入粒子的微裂缝中，积蓄破坏应力，产生劈裂作用，